Процесс Кролла

Процесс Кролла — пирометаллургический промышленный процесс, используемый для производства металлического титана из тетрахлорида титана . По состоянию на 2001 год Уильяма Джастина Кролла процесс заменил процесс Хантера почти во всем коммерческом производстве. ^[1]

Процесс

В процессе Кролла тетрахлорид титана восстанавливается жидким магнием с образованием металлического титана:

{\ce {{TiCl4}+2{Mg}->[825~^{\circ }\mathrm {C} ]{Ti}+2{MgCl2}}}

Восстановление проводят при температуре 800–850 °С в реторте из нержавеющей стали . ^[2]^[3] Осложнения возникают в результате частичного восстановления TiCl ₄ с образованием низших хлоридов TiCl ₂ и TiCl ₃ . MgCl может быть ₂ дополнительно очищен до магния.

Сопутствующие процессы

Полученную пористую металлическую титановую губку очищают выщелачиванием или вакуумной перегонкой . Губку измельчают и прессуют перед ее плавлением в вакуумной дуговой печи с расходуемым угольным электродом , «заполненной чистым аргоном под давлением, достаточно высоким, чтобы избежать тлеющего разряда». ^[4] Расплавленному слитку дают затвердеть в вакууме . Его часто переплавляют для удаления включений и обеспечения однородности. Эти этапы плавления увеличивают стоимость продукта. Титан примерно в шесть раз дороже нержавеющей стали: Поттер отметил в 2023 году, что «с титаном принципиально сложно и дорого иметь дело. Превращение титановых слитков в стержни и листы является сложной задачей из-за реакционной способности титана: он легко поглощает примеси, требуя « частое удаление и обрезка поверхности для устранения поверхностных дефектов», что «стоит дорого и влечет за собой значительную потерю производительности». Сопутствующие процессы, которые превращают губку Кролла в полезный металл, «мало изменились с 1950-х годов». ^[5]

История и последующие события

Для производства металлического титана применялось множество методов, начиная с отчета Нильсена и Петтерсена в 1887 году об использовании натрия, который был оптимизирован для коммерческого процесса Хантера . В этом процессе (который перестал быть коммерческим в 1990-х годах) TiCl ₄ восстанавливается до металла натрием . ^[3]

В 1920-х годах Антон Эдуард ван Аркель, работавший в Philips NV, описал термическое разложение тетраиодида титана с получением титана высокой чистоты.

Было обнаружено, что тетрахлорид титана восстанавливается водородом при высоких температурах с образованием гидридов, которые можно термически переработать до чистого металла.

Опираясь на эти три идеи, Кролл в Люксембурге разработал как новые восстановители, так и новое устройство для восстановления тетрахлорида титана. Его высокая реакционная способность по отношению к следам воды и оксидов других металлов представляла проблемы. Значительный успех был достигнут при использовании кальция в качестве восстановителя, но полученная смесь все еще содержала значительные примеси оксидов. ^[6] большом успехе в использовании магния при 1000 ° C с использованием реактора с молибденовой оболочкой. Кролл сообщил Электрохимическому обществу в Оттаве о ^[7] Титан Кролла был очень пластичным, что отражало его высокую чистоту.

Процесс Кролла вытеснил процесс Хантера и продолжает оставаться доминирующей технологией производства металлического титана, а также обеспечивает большую часть мирового производства металлического магния. ^{[ нужна ссылка ]}

Переехав в США, Кролл продолжил разработку метода производства циркония в Исследовательском центре Олбани . ^[4]

См. также

Хлоридный процесс
Кембриджский процесс FFC - Процесс синтеза металлов и металлоидов электролизом.

Ссылки

^ Холлеман, А.Ф.; Виберг, Э. «Неорганическая химия» Academic Press: Сан-Диего, 2001. ISBN 0-12-352651-5 .
^ Хабаши, Ф. (ред.) Справочник по добывающей металлургии, Wiley-VCH, Вайнхайм, 1997.
^ Jump up to: ^а ^б Хайнц Сибум; Фолькер Гюнтер; Оскар Ройдл; Фатхи Хабаши; Ханс Уве Вольф (2005). «Титан, титановые сплавы и титановые соединения». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.a27_095 . ISBN 978-3527306732 .
^ Jump up to: ^а ^б Кролл, WJ (1955). «Как родились коммерческие титан и цирконий». Журнал Института Франклина . 260 (3): 169. дои : 10.1016/0016-0032(55)90727-4 .
^ Поттер, Брайан (7 июля 2023 г.). «История Титана» .
^ В. Кролл «Деформируемый титан и цирконий» (англ. Ductile Titanium and Zirconium) Журнал неорганической и общей химии, том 234, стр. 42-50. два : 10.1002/zaac.19372340105
^ У. Дж. Кролл, «Производство пластичного титана», Труды Электрохимического общества, том 78 (1940) 35–47.

Дальнейшее чтение

Кар П., Математическое моделирование электродов с фазовым переходом применительно к процессу FFC, Кандидатская диссертация; Калифорнийский университет, Беркли, 2007 г.

Внешние ссылки

Титан: метод Кролла : видео на YouTube, загруженное организацией Innovations in Manufacturing Национальной лаборатории Окриджа.

[1] Холлеман, А.Ф.; Виберг, Э. «Неорганическая химия» Academic Press: Сан-Диего, 2001. ISBN 0-12-352651-5 .

[2] Хабаши, Ф. (ред.) Справочник по добывающей металлургии, Wiley-VCH, Вайнхайм, 1997.

[Ullmann-3] Jump up to: ^а ^б Хайнц Сибум; Фолькер Гюнтер; Оскар Ройдл; Фатхи Хабаши; Ханс Уве Вольф (2005). «Титан, титановые сплавы и титановые соединения». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.a27_095 . ISBN 978-3527306732 .

[kroll55-4] Jump up to: ^а ^б Кролл, WJ (1955). «Как родились коммерческие титан и цирконий». Журнал Института Франклина . 260 (3): 169. дои : 10.1016/0016-0032(55)90727-4 .

[potter23-5] Поттер, Брайан (7 июля 2023 г.). «История Титана» .

[6] В. Кролл «Деформируемый титан и цирконий» (англ. Ductile Titanium and Zirconium) Журнал неорганической и общей химии, том 234, стр. 42-50. два : 10.1002/zaac.19372340105

[7] У. Дж. Кролл, «Производство пластичного титана», Труды Электрохимического общества, том 78 (1940) 35–47.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]